Лабораторная работа № 1

Кафедра технологии электрохимических процессов

по дисциплине: теоретическая электрохимия, ч.2

«Диффузионное перенапряжение»

Выполнил: студент. гр. ЗДО-52 Катов К.И.

Проверил: к.х.н., доцент Новиков В.Т.

Москва 2014

Цель работы:

Изучить влияние концентрации реагирующих ионов на величину предельного диффузионного тока в окислительно-восстановительной системе K₃[Fe(CN)₆] + K₄[Fe(CN)₆] + KOH.

Электродные реакции:

Реакция на катоде – восстановление окисленной формы:

Fe(CN)₆^3– + ­ē → Fe(CN)₆^4– (Fe³⁺ + ē → Fe²⁺)

Реакция на аноде – окисление восстановленной формы:

Fe(CN)₆^4– → Fe(CN)₆^3– + ­ē (Fe²⁺ → Fe³⁺ + ē)

Устранение миграционного потока реагирующих ионов производится с помощью фонового электролита, в составе которого используется гидроксид калия.

На электроде, соединенном с отрицательным полюсом источника тока (катоде) протекают процессы электровосстановления:

а) разряд катионов – ионов водорода или ионов металла;

б) перезаряд ионов: катионов и анионов

Fe³⁺ + ē → Fe²⁺

Fe(CN)₆^3– + ­ē → Fe(CN)₆^4–

в) ионизация молекул

O₂ + 2H₂O + 4ē → 4OH^–

На электроде, соединенном с положительным полюсом источника тока (аноде) протекают процессы электроокисления:

а) растворимый анод – ионизация металла

Ме → Ме²⁺ + 2ē

б) нерастворимый анод – разряд ионов с образованием нейтральных молекул

4OH^– → O₂ + 2H₂O + 4ē

2Cl^– → Cl₂ + 2ē

в) нерастворимый анод – перезаряд ионов, катионов, анионов

Fe²⁺ → Fe³⁺ + ē

Fe(CN)₆^4– → Fe(CN)₆^3– + ­ē

Методика проведения эксперимента

1. Описание установки.

В работе используется электрохимическая стеклянная ячейка ЯЭС-1.

Рабочий электрод (РЭ) – никелевая пластина размером 1х1 см (S = 2 см²).

Вспомогательный электрод (ВЭ) – платиновая проволока.

Электрод сравнения (ЭС) – хлорсеребряный (Е = 0,222 В).

Рабочий электрод укрепляется в держатель. Все 3 электрода вставляют в соответствующие патрубки ячейки. Температуру электролита изменяют с помощью термостата, перемешивание осуществляется магнитной мешалкой.

2. Подготовка рабочего электрода.

а) никелевую пластину зачищают наждачной бумагой.

б) тщательно промывают водой.

в) активируют в 25% H₂SO₄ 10 минут.

г) вновь промывают водой.

3. Электрохимическую ячейку промывают сначала водопроводной, а затем дистиллированной водой, устанавливают в подставке и заливают исследуемый раствор. Подсоединяют клеммы измерительных проводов к соответствующим электродам.

4. Проведение измерений.

а) Измеряют потенциал рабочего электрода в отсутствии тока. Запускают программу в режиме «Вольтметр» на 5 минут. Сохраняют полученное значение стационарного потенциала.

б) Измерения проводим в гальванодинамическом режимах. При работе в гальванодинамическом режиме необходимо в поле программы «Развертка потенциала» поставить флажок в пункте «Гальваностатический режим». В этом случае программа переключается в режим изменения тока. Необходимо будет снять две кривые (катодную и анодную) в одном растворе, и одну катодную кривую в другом растворе (с другой концентрацией соли железа III).

Для получения кривых i(E) – ток – потенциал задаем следующие параметры программы «Развертка тока»:

Параметр	Катодная кривая	Анодная кривая
Старт. ток	0 мА	0 мА
Макс. ток	- 10 мА	10,1 мА
Мин. ток	- 10,1 мА	10 мА
Скорость развертки	0,05 мА/с	0,05 мА/с
Направление развертки	–	+

Во всех случаях выбирают тип диаграммы - i(E) – ток – потенциал, Диапазоны – 15 В и 500 мА. Скорость регистрации данных устанавливают 2 точки/с

Достижение предельного тока определяют по резкому увеличению потенциала. Поскольку значения минимального и максимального токов задаются вне зависимости от применяемого раствора, то по достижении предельного тока следует, не дожидаясь окончания программы, отключить ячейку вручную (кнопка «СТОП»), чтобы не испортить электроды и растворы.

Применяем следующие растворы:

Вариант	Концентрация K3[Fe(CN)6], моль/л
	0,05
	0,1

После получения каждой кривой следует сохранить данные измерения.

в) измерить стационарный потенциал рабочего электрода после развертки потенциала.

4. Проводят аналогичные измерения в растворе другой концентрации.

По полученным результатам строят на одном графике поляризационные кривые в координатах: потенциал электрода (В) – плотность тока (А/м²). Определяют: предельный диффузионный ток i _пр. и потенциал полуволны Е_1/2.